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Radizierender Meßwertumformer Zur Fernmessung der Durchflußmenge strömender
Flüssigkeiten und Gase sind Meßwertwandler bekannt, welche einen der Menge des in
der Zeiteinheit durch ein Venturirohr oder eine Meßblende fließenden Stoffes proportionalen
eingeprägten Strom abgeben. Diese bestehen aus einem beiderseits der Verengung angeschlossenen
Differenzdruckmesser und einer Anordnung zur Umwandlung des vom Differenzdruckmesser
bestimmten Differenzdruckes in einen eingeprägten elektrischen Strom. Als Differenzdruckmesser
werden vorzugsweise praktisch richtkraftlose Systeme verwendet, welche direkt oder
über Übersetzungsgestänge mit einem elektrodynamischen Meßgerät gekuppelt sind.
Ein von der Stellung des richtkraftlosen Systems beeinflußter Meßfühler steuert
einen elektronischen oder magnetischen Verstärker, dessen Ausgangsstrom durch die
Spulen des elektrodynamischen Systems fließt. Die durch den Verstärkerausgangsstrom
in den Spulen des elektrodynamischen Systems erzeugte Kraft wirkt gegen die durch
den Differenzdruck am Eingangsmeßwerk erzeugte Kraft und hebt diese auf. Der für
die Kompensation der Kraft des Differenzdruckmessers nötige Strom ist dann proportional
der Quadratwurzel aus dem Differenzdruck und somit proportional der durch die Verengung
fließenden Menge des zu messenden Stoffes. Er kann gemessen und fernübertragen werden,
indem elektrische Meßgeräte in Reihe mit dem elektrodynamischen System geschaltet
werden. Da die auf das bewegliche Organ des Differenzdruckmessers ausgeübte Kraft
durch den Meßstrom selbst kompensiert werden muß, ist bei den bekannten Anordnungen
erheblicher Aufwand nötig. So muß der den Ausgangs strom liefernde Verstärker kostspielig
aufgebaut sein. Wenn die Spulen des elektrodynamischen Systems nicht groß und schwer
aufgebaut werden sollen, muß zwischen den Differenzdruckmesser und das elektrodynamische
System eine sperrige, komplizierte und empfindliche Hebelübersetzung eingeschaltet
werden, die durch Reibung oder Hysterese der Lagerstellen Fehler verursacht. Um
ausreichende Kompensationskräfte durch den fernübertragenen Strom zu erzeugen, müssen
eisengeschlossene elektrodynamische Geräte als Kompens ationsinstrumente verwendet
werden, deren Meßfehler in die Messung eingehen und deren Induktivität eine erhebliche
und in vielen Fällen nachteilige Vergrößerung der Einstellzeit bewirkt.
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Die bekannten Meßwertumformer mit richtkraftlosem Differenzdruckmeßwerk
und Kraftkompensation haben außerdem den Nachteil, daß das Eingangsmeßgerät bei
Ausfall der Hilfsgröße blind ist und keine Ablesung des Meßwertes gestattet. Dadurch
ist es nicht möglich, bei Ausfall der Hilfsgröße die Anzeige des Meßinstrumentes
für eine von Hand vorzunehmende Regelung auszunutzen.
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Zur Durchflußmessung werden auch Differenzdruckmesser verwendet,
deren Meßsystem eine Richtkraft aufweist und daher einen vom Differenzdruck abhängigen
Ausschlag ausführt. Zur Femübertragung der Meßgröße kann das bewegliche Organ eines
derartigen Differenzdruckmessers mit einem elektrischen Ferngeber, z. B. einem Potentiometer
oder einem induktiven Geber bzw. Differentialtransformator gekoppelt werden. Da
der Ausschlag des; Differenzdruckmessers dem Differenzdruck und damit dem Quadrat
des zu messenden Durchflusses proportional ist, wird häufig zwischen dem Differenzdruckmesser
und dem elektrischen Ferngeber ein radizierendes Getriebe, z. B. ein als Kniehebeltrieb
ausgebildetes (1 - cos a)-Getriebe, zwischengeschaltet. Die bekannten Differenzdruckmesser
mit radizierendem Getriebe sind aber außerordentlich empfindlich und erfordern großen
Aufwand bei der Justierung, wenn sie auch im unteren Teil des Meßbereiches hinreichend
genau sein sollen. Die im unteren Teil des Meßbereiches vom Meßwerk aufgebrachten
Kräfte sind außerordentlich klein, während das Radiziergetriebe, durch seine kinematische
Auslegung bedingt, gerade in diesem Bereich zur Überwindung der Reibung am meisten
Kraft erfordert.
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Die Erfindung vermeidet die genannten Nachteile der bekannten Meßwertumformer.
Sie geht aus von einem elektrischen Meßwertwandler zur Umwandlung des Ausschlages
eines Differenzdruckmeßinstrumentes in einen von der Wurzel des Ausschlages abhängigen
elektrischen Strom.
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Die Erfindung besteht darin, daß ein federgefesseltes elektrisches
Meßinstrument über ein quadrierendes Getriebe ein den Verstärker steuerndes Fühlglied
dem ausschlagenden Organ des Differenzdruckmeßwerkes nachgeführt.
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Die Erfindung wird an Hand der Zeichnung erläutert. Als Differenzdruckmeßwerk
kann ein bekanntes Membranmeßwerk oder Federbalgenmeßwerk mit Richtkraftfeder verwendet
werden. Die Achse dieses Meßwerkes ist mit 1 bezeichnet. Auf ihr ist ein Zeiger
2 befestigt, welcher vor einer Skala 3 spielt.
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An der Zeigerwelle 1 ist ein Träger 4 befestigt, welcher die Spule
5 eines kleinen induktiven Abgriffes trägt. Ein weiterer Träger 7 ist mit dem Träger
4 durch ein Lager 9 gelenkig verbunden. Am Träger 7 ist der Kern 6 verbunden, welcher
mit der Spule 5 zusammen den induktiven Abgnff bildet. Außerdem ist mit dem Träger
7 starr verbunden ein Ausleger 8.
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Mit diesem Ausleger ist über ein Kniegelenk ein federgefesseltes elektrisches
Drehspulmeßinstrument gekoppelt. Das Drehspulinstrument ist aufgebaut aus dem Magneten
15 und dem inneren Kern 16, zwischen denen sich ein Luftspalt befindet, sowie einer
in diesem Luftspalt beweglichen Spule 14. Das Drehspulgerät kann auch als Kerumagnetinstrument
ausgebildet sein, dann ist 16 der Kemmagnet und 15 der Eisenrückschluß. Die Drehspule
14 ist durch eine einseitig an der Stelle 18 eingespannte Feder 17 gefesselt.
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Das Kniegelenk, welches den Träger 7 bzw. den Ausleger 8 mit der Drehspule
14 kuppelt, besteht aus den Hebeln 10 und 13, von welchen der letztere direkt mit
der Drehspule 14 verbunden ist und welche durch ein Gelenk 12 aneinander angelenkt
sind. Der Hebel 10 ist mit dem Ausleger 8 durch das gelenkige Lager 11 verbunden.
Durch einen einstellbaren Anschlag 19 und 20 wird erreicht, daß das Drehspulgerät
nicht ganz in die Nullage gelangen und nur in einer Richtung ausschlagen kann. Die
Spule 5 des induktiven Abgriffes ist mit einem Verstärker 21 verbunden, dessen Ausgangsstrom
die Drehspule 14 speist. In Reihe mit der Drehspule 14 ist das elektrische Meßgerät
22 geschaltet, welches zur Ablesung des Meßwertes dient. Mit der Spule 14 können
noch weitere elektrische Meßinstrumente, Zähler oder Regler in Reihe geschaltet
werden, da der Verstärker 21 durch den induktiven Abgriff so gesteuert wird, daß
er unabhängig von der Belastung einen vom Meßwert abhängigen eingeprägten Strom
abgibt.
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Schlägt das Eingangsmeßwerk aus, so dreht sich die Achse 1 in Richtung
gegen den Uhrzeigersinn.
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Die Spule 5 des induktiven Abgriffes wird dadurch nach unten bewegt
und vom Kern des induktiven Abgriffes entfernt. Die Drehung der Meßwerkwelle 1 erzeugt
gleichzeitig eine Anhebung des Lagers 9, durch welches die Träger 4 und 7 aneinander
angelenkt sind. Dabei wird durch die Hebelwirkung zusätzlich auch der Kern 6 des
induktiven Abgriffes nach oben gedrückt und noch weiter von der Spule 5 entfernt.
Das dadurch im induktiven Abgriff gebildete Steuersignal gelangt zum Verstärker
21, dessen Ausgangsstrom durch die Spule 14 fließt und diese auslenkt. Die Auslenkung
der Spule 14 überträgt sich über das aus den Hebeln 10 und 13 aufgebaute Kniegelenk
und den Ausleger 8 auf den Träger 7 und bewirkt, daß der Kern 6 des induktiven Abgriffes
zum Teil 5 des Abgriffes nachgeführt wird. Da das Drehspulinstrument 14 federgefesselt
ist, ist ein elektrischer Strom nötig, um die Spule 14 in der Stellung zu hal-
ten,
in welcher der Kern 6 des induktiven Abgriffes der Spule nachgeführt ist. Dieser
Strom ist dem hierfür erforderlichen Ausschlag der Dreh spule 14 proportional. Da
zwischen den Träger 7, welcher den induktiven Abgriff 6 trägt, und das Drehspulinstrument
ein quadrierendes Getriebe eingeschaltet ist, ist aber der Ausschlag und somit der
Strom durch die Drehspule 14 proportional der Wurzel aus dem Ausschlag der Welle
1 des Eingangsmeßinstrumentes bzw. des damit verbundenen Zeigers 2. Die Ausbildung
des Übertragungsgestänges mit am Träger angelenktem Ausleger 8 ermöglicht durch
die erzielte Hebelübersetzung die Unterbringung des Meßwertwandlers in einem Gehäuse
mit sehr kleinen Dimensionen.
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Das Anschlagstück 20 wird mit Vorzug so eingestellt, daß das Drehspulmeßwerk
14 nicht ganz in die Nullage zurückkehren kann. Dadurch wird erreicht, daß der Kern
6 des Fühlgliedes der mit der Meßwerkwelle 1 verbundenen Spule 5 nicht bis in die
Nullage des Differenzdruckmeßwerkes folgen kann, sodaß sich die beiden Teile 5 und
6 des den Verstärker steuernden Fühlers in der Nullage des Differenzdruckmeßwerkes
voneinander um einen gewissen Betrag entfernen. Dadurch wird der Ausgangs strom
des Verstärkers 21 so beeinflußt, daß er zuverlässig zu Null wird, wenn das Differenzdruckmeßwerk
in seiner Nullstellung steht. Bei radizierenden Meßinstrumenten ist der unterste
Teil des Meßbereiches in der Nähe des Nullpunktes meist uninteressant. Deshalb kann
der Anschlag 20 auch so angeordnet werden, daß beim Zurückgehen der zu messenden
Strömung unter einen bestimmten kleinen Betrag, z.B. 5°/o, der Ausgangsstrom des
Verstärkers zu Null gemacht wird.
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Es zeigt sich, daß diese Anordnung die Nachteile der bekannten Meßwertwandler
nicht aufweist. Selbst wenn der Strom ausfällt, kann aus der Stellung des Zeigers
2 vor der Skala 3 am Meßort der Wert der gemessenen Größe abgelesen werden, im Gegensatz
zu den bekannten Meßwertwandlern mit direkter Kraftkompensation durch ein elektrodynamisches
Meßwerk. Die Nachteile der elektrodynamischen Meßwerke und deren Meßfehler treten
bei der gezeigten Anordnung ebenfalls nicht auf. Die Einstellzeit der Anordnung
nach der Erfindung ist wesentlich kürzer als die der bekannten radizierenden Meßwertwandler.
Die gezeigte Anordnung besitzt aber auch im unteren Teil des Meßbereiches die erforderliche
Genauigkeit, im Gegensatz zu bekannten Ausschlagsmeßinstmmenten mit Radiziergetriebe
und diesem nachgeschaltetem elektrischem Ferngeber. Bei der Anordnung nach der Erfindung
muß nicht das Eingangsmeßwerk die in der Nähe des Nullpunktes erhebliche Kraft zur
Überwindung der Reibung des Kniegelenkes aufwenden, da das Kniegelenk durch die
von der Hilfskraft betätigte Drehspule 4 bewegt wird. Am Ausgang des Verstärkers
21 ist aber genügend Kraft zur Bewegung des Kniegelenkes vorhanden.